La produzione distribuita su scala globale sta attualmente venendo testata da Velo3D, un produttore di stampanti 3D. La tecnologia consente di stampare una parte in diverse sedi, in tre paesi diversi. Ciò rappresenta un’alternativa alle tecnologie tradizionali, che richiedono impianti di produzione specializzati e costosi, e manodopera poco flessibile. Inoltre, i problemi di approvvigionamento e i ritardi di produzione legati alla fusione possono aumentare i costi e ritardare la consegna dei prodotti fabbricati in modo convenzionale.
Metall-AM o stampa 3d Metal promette di sostituire le vecchie parti in loco in settimane anziché mesi. Utilizzando materiali in polvere di lega metallica per la produzione di parti in AM in metallo, si può ottenere una maggiore efficienza ed ecologia rispetto all’utilizzo di materiali finiti e metodi di formatura convenzionali. Inoltre, la tecnologia AM offre la possibilità di ricreare vecchi design e di assemblare più parti in componenti monoblocco altamente complessi, ottimizzati per le prestazioni. La stampa 3D in metallo consente anche di lavorare con leghe difficili da lavorare con metodi convenzionali, garantendo parti di qualità superiore con meno materiale utilizzato. L’AM in metallo offre anche una maggiore flessibilità della catena di approvvigionamento, con tempi di consegna più rapidi rispetto alle attuali tecnologie di produzione e consegne scalabili e su richiesta.
Un obiettivo ambizioso
La soluzione ideale è un unico file di stampa digitale che produce lo stesso risultato su diverse macchine AM in diverse località del mondo. Ciò consente una produzione scalabile, dando ai produttori la certezza di poter produrre le stesse parti entro le specifiche ora e in qualsiasi momento futuro su qualsiasi macchina simile senza la necessità di ulteriore sviluppo. Mentre le parti metalliche stampate in 3D sono già state testate nell’aria, nello spazio, nelle centrali elettriche, nel sottosuolo e in mare, nessun fornitore di parti metalliche LPBF ha ancora dimostrato una produzione AM distribuita ripetibile su scala globale.
Dopo il successo della produzione e dell’implementazione di una parte AM in metallo per l’industria petrolifera e del gas presso un’importante compagnia petrolifera e del gas nordamericana nel 2021, IMI Critical e Velo3D hanno collaborato per estendere questo lavoro a un progetto di produzione distribuito. Lo scopo del progetto sarebbe dimostrare che le stampanti Velo3D Sapphire possono risolvere il problema di scalabilità e prontezza della produzione con cui molte piattaforme AM lottano, vale a dire la produzione delle stesse parti entro le specifiche su stampanti diverse utilizzando lo stesso file di stampa, senza ulteriori sforzi di sviluppo. In caso di successo, ciò darebbe a IMI Critical la certezza di poter ridimensionare la propria produzione di conseguenza,
Il nuovo progetto si basa sulla stessa valvola di strozzamento, un dispositivo di controllo del flusso ad alta pressione utilizzato nei pozzi di iniezione dell’acqua per evitare problemi di erosione, rumore e vibrazioni. Il componente è un aggiornamento stampato in 3D di una parte originariamente fabbricata in modo convenzionale, ad es. B. è stato realizzato mediante lavorazione e saldatura. L’avanzamento AM migliora l’efficacia della tecnologia di trascinamento proprietaria di IMI Critical, che controlla le velocità di flusso del fluido distruttivo attraverso le valvole di controllo. Le parti sono prodotte secondo i più elevati standard di criticità – AMSL Livello 3 per API20S – dell’American Petroleum Institute (API).
Il tempo è scaduto: possiamo farlo di nuovo?
Un decennio di esperienza con tecnologie AM in continua evoluzione e il successo del lavoro precedente con Velo3D hanno dato a IMI Critical la fiducia necessaria per andare avanti con il progetto di produzione distribuita.
“L’attesa di un anno tra il completamento del nuovo design della valvola e la decisione di stampare più copie in luoghi diversi simula il tipo di ansia che provano tutti in un’azienda manifatturiera globale”, ha affermato Steve Freitas, Head of New Product Development presso IMI Critico. “Il tempo è passato e devi produrre di nuovo in serie lo stesso progetto, ma come puoi essere sicuro che soddisfi le specifiche senza ulteriori sforzi di sviluppo e certificazione?”
È così che hanno fatto
Il file di stampa Velo3D esistente del progetto 2021, contenente l’intero set di istruzioni per la stampa 3D, è stato recuperato dal sistema PLM di IMI Critical e spedito in modo sicuro a sei siti di produzione in tre continenti: quattro negli Stati Uniti, uno in Asia e uno in Europa.
I CM coinvolti erano Stratasys Direct Manufacturing (Austin, TX), Duncan Machine Products (Duncan, Oklahoma), Knust-Godwin (Katy, Texas), Avaco (Corea del Sud) e Schoeller Bleckmann Oilfield Equipment (SBO, Austria). La sesta tiratura è stata eseguita presso la sede di Velo3D in California.
Controllo rigoroso in ogni fase del progetto
Il progetto è stato realizzato come segue:
In ogni sito CM, il sistema Velo3D Sapphire è stato sottoposto a una serie di controlli di calibrazione per garantire risultati di stampa prevedibili e coerenti.
Il “Golden Print File” bloccato è stato caricato in ogni sistema Velo3D Sapphire; le istruzioni laser ivi contenute non possono essere modificate presso la sede di CM. Questo era il file di stampa 2021 originale e non modificato, creato utilizzando parametri basati su funzionalità assegnati da Flow, il software di preparazione della stampa di Velo3D.
Stampa 3D: ogni build conteneva due parti ed è stata stampata in loco. Sia i processi di calibrazione che la qualità dell’esecuzione della stampa sono monitorati da Assure, integrato in ogni sistema Sapphire.
Report di costruzione: vengono generati automaticamente da Assure, che raccoglie i dati dagli oltre 800 sensori che monitorano la costruzione, assicurando che ogni costruzione su ogni macchina CM sia stata eseguita in modo coerente ed entro i limiti di controllo del processo. Nel caso della valvola a farfalla IMI/CCI, i dati raccolti da Assure sono conformi ai requisiti obbligatori API20S e sono perfettamente integrati nel sistema di qualità dell’OEM.
Depolverizzazione dopo la produzione: la polvere in eccesso è stata rimossa dalle parti ad ogni costruzione.
Post-elaborazione: le parti sono state quindi alleviate dallo stress e rimosse dalla piastra di costruzione. Ulteriori trattamenti termici e lavorazioni meccaniche sono stati eseguiti in ogni sede.
Controllo di qualità: include controllo dimensionale, controllo meccanico e controllo del flusso di ogni valvola.
Controllo dimensionale del pezzo finito.
I risultati
Completate le fasi sopra delineate, la compilazione dei dati per le 12 parti stampate, due parti per ciascuno dei sei siti di produzione, è ora completa con questi risultati: Il test meccanico e il test di flusso – insieme ai test distruttivi e non valutazione distruttiva dei campioni di materiale – dimostrare che tutte le parti sono conformi alle specifiche di progettazione e prestazioni di IMI, sia dal punto di vista metallurgico che funzionale.
“Ora abbiamo la certezza che in due settimane o due anni saremo in grado di stampare lo stesso file di stampa presso uno qualsiasi di questi fornitori”, ha affermato Zach Walton, direttore dello sviluppo tecnico aziendale presso Velo3D. “Poiché la definizione del prodotto digitale, definita in API20S come una raccolta di dati per la riproduzione del componente prodotto in modo additivo, è invariata dal progetto del 2021, è stato dimostrato che non è necessaria alcuna riqualificazione o ri-sviluppo: una grande vittoria per l’industria O&G e altri settori che vogliono utilizzare la produzione distribuita.
Questi risultati indicano la strada da percorrere per l’AM in più settori e forniscono un importante punto di riferimento per dimostrare che la produzione distribuita utilizzando la tecnologia avanzata Laser Powder Bed Fusion (LPBF) è una possibilità reale.
Aprire il mondo all’AM in ogni settore
L’esercizio supporta chiaramente gli obiettivi aziendali di IMI Critical, afferma Freitas.
“Ora che espandiamo la nostra attività di retrofit a livello globale, riconosciamo il valore di una soluzione AM end-to-end che consente la produzione in scala senza compromettere la qualità e la ripetibilità”, afferma. “Troviamo l’approccio di Velo3D molto interessante a questo riguardo. Non dobbiamo reinventare la ruota ogni volta poiché abbiamo ricette di costruzione qualificate e istruzioni di file di stampa che sono bloccate. Ciò consente anche di risparmiare sui costi perché non dobbiamo ripetere la qualificazione. In questo modo, viene preservata la proprietà intellettuale del file di istruzioni per la stampa, che sta diventando sempre più importante con la nostra distribuzione globale”.
L’azienda è già passata ad altri progetti utilizzando la rete Velo3D di CM, stampando parti come una valvola di sfiato del gas da 12 pollici per un impianto offshore e una valvola della pompa di alimentazione della caldaia da 10 pollici per centrali elettriche supercritiche.
“Ora disponiamo di una supply chain più scalabile per i nostri clienti globali”, afferma Freitas. “La tecnologia di Velo3D può stampare i nostri vecchi progetti senza che dobbiamo riqualificarli su nuove macchine, permettendoci di aumentare e diminuire la produzione secondo necessità. Data la nostra vasta libreria di parti di riferimento, questo è molto efficace per noi. Ci consente inoltre di innovare più ampiamente durante l’aggiornamento di progetti precedenti. E con il nuovo e più grande sistema Sapphire XC, ora possiamo stampare parti davvero grandi, fino a 24 pollici di diametro. Siamo molto entusiasti del lavoro che viene svolto qui e della via da seguire”.
Walton di Velo3D sottolinea che l’impatto del progetto globale con IMI Critical si estende ben oltre l’industria petrolifera e del gas.
“Che tu sia nel settore aerospaziale, della difesa, dell’energia o in qualsiasi altro ambiente industriale, se desideri riprodurre un singolo pezzo di ricambio o un numero maggiore di componenti ottimizzati e ad alte prestazioni, potresti avere problemi di scalabilità futuri simili che AM – e una rete mondiale di CM – ora può risolvere con successo.”
